Коефіцієнти переносу електронів в NF3

  • Valeriy Lisovskiy Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0002-6339-4516
Ключові слова: коефіцієнти переносу електронів, перший коефіцієнт Таунсенда, транспортна частота, характеристична енергія

Анотація

У цій роботі за допомогою коду Bolsig і перерізів пружних і непружних зіткнень електронів з молекулами газу розраховані коефіцієнти переносу електронів в NF3. Був визначений перший коефіцієнт Таунсенда для прямої іонізації молекул NF3 електронним ударом (як повний, так і парціальний для кожного сорту позитивних іонів, що утворюються). Показано, що в процесі іонізації найбільш вірогідна поява позитивних іонів NF2+. Отримано коефіцієнт диссоциативного прилипання і значення наведеного електричного поля, в якому частоти іонізації і прилипання електронів рівні між собою, тобто ефективний коефіцієнт іонізації дорівнює нулю. За допомогою частот пружних і непружних зіткнень розраховані також частка енергії, що втрачається електронами при зіткненнях з молекулами NF3, середня і характеристична енергії електронів, рухливість і дрейфова швидкість електронів. Були також виміряні ВЧ криві запалювання для різних відстаней між електродами і частот ВЧ електричного поля, з координат точок повороту на яких отримані значення дрейфової швидкості електронів в NF3, що задовільно узгоджуються з результатами розрахунків за допомогою коду Bolsig.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

1. Bower D.H. Planar Plasma Etching of Polysilicon Using CCl4 and  NF3 // J. Electrochem. Soc. – 1982. – Vol.129. – P.795.
2. Greenberg K.E., Verdeyen J.T. Kinetic processes of NF3 etchant gas discharges // J. Appl. Phys. – 1985. – Vol.57. – P.1596.
3. Chow T.P., Fanelli G.M. Reactive Ion Etching of Silicon and Silicides in  SF6 or  NF3 / CCl4 or HCl Mixtures // J. Electrochem. Soc. – 1985. – Vol. 132. – P.1969.
4. Ishii I., Brandt W.W. Plasma and Reagent Pulse Induced Transients in the Etching of Si by  NF3 // J. Electrochem. Soc. – 1986. – Vol.133. – P.1240.
5. Nordheden K.J., Verdeyen J.T. The Effect of Oxygen on the Etch Rate of  NF3 Discharges // J. Electrochem. Soc. – 1986. – Vol.133. – P.2168.
6. Blom H.-O., Berg S., Nender C., Norstrom H. Silicon etching in a direct current glow discharge of CF4/O2 and NF3/O2 // J. Vac. Sci. Technol. B. - 1989. - Vol.7. - P.1321.
7. Perrin J., Meot J., Siefert J.-M., Schmitt J. Mass spectrometric study of NF3 plasma etching of silicon // Plasma Chem. Plasma Process. - 1990. - Vol.10. - P.571.
8. Sidhwa A.J., Goh F.C., Naseem H.A., Brown W.D. Reactive ion etching of crystalline silicon using NF3 diluted with H2 // J. Vac. Sci. Technol. A. - 1993. - Vol.11. - P.1156.
9. Konuma M., Bauser E. Water vapor controlling selective reactive ion etching of SiO2/Si in NF3 plasma // J. Appl. Phys. – 1993. – Vol.74. – P.1575.
10. Langan J.G., Beck S.E., Felker B.S., Rynders S.W. The role of diluents in electronegative fluorinated gas discharges // J. Appl. Phys. – 1996. – Vol.79. – P.3886.
11. Meeks E., Larson R.S., Vosen S.R Shon J.W. Modeling Chemical Downstream Etch Systems for  NF3 /  O2 Mixtures // J. Electrochem. Soc. – 1997. – Vol.144. – P.357.
12. Richter Ch., Espertshuber K., Wagner Ch., Eickhoff M., Krotz G. Rapid plasma etching of cubic SiC using NF3/O2 gas mixtures // Materials Sci. Engineering B. - 1997. - Vol.46. - P.160.
13. Koike K., Fukuda T., Fujikawa Sh., Saeda M. Study of CF4, C2F6, SF6 and NF3 Decomposition Characteristics and Etching Performance in Plasma State // Jpn. J. Appl. Phys. - 1997. - Vol.36. - P.5724.
14. Kastenmeier B.E.E., Matsuo P.J., Oehrlein G.S., Langan J.G. Remote plasma etching of silicon nitride and silicon dioxide using NF3/O2 gas mixtures // J. Vac. Sci. Technol. A. - 1998. - Vol.16. - P.2047.
15. Langan J.G., Rynders S.W., Felker B.S., Beck S.E. Electrical impedance analysis and etch rate maximization in NF3/Ar discharges // J. Vac. Sci. Technol. A. - 1998. - Vol.16. - P.2108.
16. Matsuo P.J., Kastenmeier B.E.E., Oehrlein G.S., Langan J.G. Silicon etching in NF3/O2 remote microwave plasmas // J. Vac. Sci. Technol. A. - 1999. - Vol.17. - P.2431.
17. Hays D.C., Jung K.B., Hahn Y.B., Lambers E.S., Pearton S.J., Donahue J., Johnson D., Shul R.J. Comparison of  F2-Based Gases for High-Rate Dry Etching of Si // J. Electrochem. Soc. – 1999. – Vol.146. – P.3812.
18. Kastenmeier B.E.E., Matsuo P.J., Oehrlein G.S., Ellefson R.E., Langan J.G. Surface etching mechanism of silicon nitride in fluorine and nitric oxide containing plasmas // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2001. - Vol.19. - P.25.
19. Tasaka A., Takahashi K., Tanaka K., Shimizu K., Mori K., Tada S., Shimizu W., Abe T., Inaba M., Ogumi Z., Tojo T. Plasma etching of SiC surface using NF3 // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2002. - Vol.20. - P.1254.
20. Reyes-Betanzo C., Moshkalyov S.A., Ramos A.C.S., Swart J.W. Mechanisms of silicon nitride etching by electron cyclotron resonance plasmas using SF6- and NF3-based gas mixtures // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2004. - Vol.22. - P.1513.
21. Kim B., Lee B.T. Prediction of SiC etching in a NF3/CH4 plasma using neural network // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2004. - Vol.22. - P.2517.
22. Tasaka A., Watanabe E., Kai T., Shimizu W., Kanatani T., Inaba M., Tojo T., Tanaka M., Abe T., Ogumi Z. Effect of oxygen concentration on the spike formation during reactive ion etching of SiC using the mixed gas plasma of NF3 and O2 // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2007. - Vol.25. - P.391.
23. Lisovskiy V., Booth J.-P., Landry K., Douai D., Cassagne V., Yegorenkov V. Applying RF current harmonics for end-point detection during etching multi-layered substrates and cleaning discharge chambers with NF3 discharge // Vacuum. - 2008. - Vol.82. -P.321.
24. Tasaka A., Yamada H., Nonoyama T., Kanatani T., Kotaka Y., Tojo T., Inaba M. Effects of type of reactor, crystallinity of SiC, and NF3 gas pressure on etching rate and smoothness of SiC surface using NF3 gas plasma // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2009. - Vol.27. - P.1369.
25. Veilleux J.M., El-Genk M.S., Chamberlin E.P., Munson C., FitzPatrick J. Etching of UO2 in NF3 RF plasma glow discharge // J. Nuclear Mater. - 2000. - Vol.277. - P.315.
26. Lee R.-L., Terry F.L. Reactive-ion etching of tungsten silicide using NF3 gas mixtures // J. Vac. Sci. Technol. B. - 1991. - Vol.9. - P.2747.
27. Bruno G., Capezzuto P., Cicala G., Manodoro P. Study of the NF3 plasma cleaning of reactors for amorphous silicon deposition // J. Vac. Sci. Technol. A. - 1994. - Vol.12. - P.690.
28. Raoux S., Tanaka T., Bhan M., Ponnekanti H., Seamons M., Deacon T., Xia L.-Q., Pham F., Silvetti D., Cheung D., Fairbaim K. Remote microwave plasma source for cleaning chemical vapor deposition chambers: Technology for reducing global warming gas emissions // J. Vac. Sci. Technol. B. - 1999. - Vol.17. - P.477.
29. Entley W.R., Langan J.G., Felker B.S., Sobolewski M.A. Optimizing utilization efficiencies in electronegative discharges: The importance of the impedance phase angle // J. Appl. Phys. – 1999. – Vol.86. – P.4825.
30. Kastenmeier B.E.E., Oehrlein G.S., Langan J.G., Entley W.R. Gas utilization in remote plasma cleaning and stripping applications // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2000. - Vol.18. - P.2102.
31. Reichardt H., Frenzel A., Schober K. Environmentally friendly wafer production: NF3 remote microwave plasma for chamber cleaning // Microelectronic Engineering. - 2001. - Vol.56. - P.73.
32. Hsueh H.-P., McGrath R.T., Ji B., Felker B.S., Langan J.G., Karwacki E.J. Ion energy distributions and optical emission spectra in NF3-based process chamber cleaning plasmas // J. Vac. Sci. Technol. B. - 2001. - Vol.19. - P.1346.
33. Ji B., Elder D.L., Yang J.H., Badowski P.R., Karwacki E.J. Power dependence of NF3 plasma stability for in situ chamber cleaning // J. Appl. Phys. – 2004. – Vol.95. – P.4446.
34. Ranade R.M., Ang S.S., Brown W.D. Effects of nitrogen trifluoride on the properties of plasma-enhanced chemical-vapor-deposited semi-insulating polysilicon films // Thin Solid Films. - 1995. - Vol.258. - P.292.
35. Gomez-Aleixandre C., SanchezGarrido O., Albella J.M. Oxidation kinetics of plasma-enhanced chemical vapor deposition silicon nitride films deposited from SiH4/NH3/NF3/N2 mixtures // J. Vac. Sci. Technol. B. - 1990. - Vol.8. - P.540.
36. Lu H.Y., Petrich M.A. NF3 plasma treatment of polymeric dielectrics // J. Vac. Sci. Technol. A. - 1992. - Vol.10. - P.450.
37. McDaniel E.W., Nighan W.L. (Eds) Gas lasers. - New York: Academic Press, 1982. - 548 p.
38. Brunner W., Junge K. Wissensspeicher Lasertechnik. - Leipzig: VEB Fachbuchverlag, 1987. - 544 p.
39. Trager F. (Ed.) Springer Handbook of Lasers and Optics. - New York: Springer, 2007. - 1331 p.
40. Lawrence J., Pou J., Low D.K.Y., Toyserkani E. (Eds.) Advances in laser materials processing: Technology, research and applications. - Great Abington: Woodhead Publishing, 2010. - 828 p.
41. Levitskii S.M. Potential of space and electrode sputtering under high-frequency discharge in the gas // Sov. Phys.–Tech. Phys. - 1957. - Vol.2. - P.887.
42. Jiao C.Q., Dejoseph C.A., Haaland P.D., Garscadden A. in Gaseous Dielectrics IX (Edited by Christophorou L.G. and Olthoff J.K.). - New York: Kluwer Academic, 2001. - p.127.
43. Rescigno T.N. Low-Energy Electron Collision Processes in NF3 // Phys. Rev. A. - 1995. - Vol.52. - P.329.
44. Boesten L., Tachibana Y., Nakato Y., Shinohara T., Tanaka H., Dillon M.A. Vibrationally inelastic and elastic cross sections for e + NF3 collisions // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. - 1996. - Vol.29. - P.5475.
45. Dyatko N.A., Napartovich A.P. Electron swarm characteristics in Ar: NF3 mixtures under steady-state Townsend conditions // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1999. - Vol.32. - P.3169.
46. Joucoski E., Bettega M.H.F. Elastic scattering of low-energy electrons by NF3 // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. - 2002. - Vol.35. - P.783.
47. Reese R.M., Dibeler V.H. Ionization and Dissociation of Nitrogen Trifluoride by Electron Impact // J. Chem. Phys. - 1956. - Vol.24. - P.1175.
48. Tarnovsky V., Levin A., Becker K., Basner R., Schmidt M. Electron impact ionization of the NF3 molecule // Int. J. Mass. Spectrom. Ion Processes. - 1994. - Vol.133. - P.175.
49. Becker K.H., Tarnovsky V. Electron-impact ionization of atoms, molecules, ions and transient species // Plasma Sources Sci. Technol. - 1995. - Vol.4. - P.307.
50. Deutsch H., Mark T.D., Tarnovsky V., Becker K., Cornelissen C., Cespiva L., Bonacic-Koutecky V. Measured and calculated absolute total cross-sections for the single ionization of CFx and NFx by electron impact // Intern. J. Mass Spectrometry Ion Processes. - 1994. - Vol.137. - P.77.
51. Deutsch H., Becker K., Matt S., Mark T.D. Theoretical determination of absolute electron-impact ionization cross sections of molecules // Intern. J. Mass Spectrometry. - 2000. - Vol.197. - P.37.
52. Haaland P.D., Jiao C.Q., Garscadden A. Ionization of NF3 by electron impact // Chem. Phys. Lett. - 2001. - Vol.340. - P.479.
53. Harland P.W., Franklin J.L. Partitioning of excess energy in dissociative resonance capture processes // J. Chem. Phys. - 1974. - Vol.61. - P.1621.
54. Sides G.D., Tiernan T.O. Dissociative electron attachment in nitrogen trifluoride // J. Chem. Phys. - 1977. - Vol.67. - P. 2382
55. Miller Th.M., Friedman J.F., Miller A.E.S., Paulson J.F. Thermal electron attachment to NF3, PF3, and PF5 // Intern. J. Mass Spectrometry Ion Processes. - 1995. - Vol.149/150. - P.111.
56. Nandi D., Rangwala S.A., Kumar S.V.K., Krishnakumar E. Absolute cross sections for dissociative electron attachment to NF3 // Intern. J. Mass Spectrometry. - 2001. - Vol.205. - P.111.
57. Gallagher J.W., Beaty E.C., Dutton О., Pitchford L.C. An Annotated Compilation and Appraisal of Electron Swarm Data in Electronegative Gases // J. Phys. Chem. Ref. Data. - 1983. - Vol.12. - P.109.
58. Christophorou L.G., Olthoff J.K., Rao M.V.V.S. Electron Interactions with CF4 // J. Phys. Chem. Ref. Data. - 1996. - Vol.25. - P.1341.
59. Christophorou L.G., Olthoff J.K. Electron Interactions With SF6 // J. Phys. Chem. Ref. Data. - 2000. - Vol.29. - P.267.
60. Lisovskiy V., Martins S., Landry K., Douai D., Booth J.-P., Cassagne V. Electron drift velocity in NH3 in strong electric fields determined from RF breakdown curves // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2005. - Vol.38. - P.872.
61. Lisovskiy V., Booth J.-P., Landry K., Douai D., Cassagne V., Yegorenkov V. Electron drift velocity in N2O in strong electric fields determined from RF breakdown curves // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2006. - Vol.39. - P.1866.
62. Kastenmeier B.E.E., Matsuo P.J., Oehrlein G.S., Langan J.G. Remote plasma etching of silicon nitride and silicon dioxide using NF3/O2 gas mixtures // J. Vac. Sci. Technol. A. - 1998. - Vol.16. - P.2047.
63. Lisovskiy V., Booth J.-P., Landry K., Douai D., Cassagne V., Yegorenkov V. RF discharge dissociative mode in NF3 and SiH4 // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2007. - Vol.40. - P.6631.
64. Engel A. Ionized gases. - Oxford: Clarendon Press, 1955. - 332 p.
65. Christophorou L.G., Carter J.G. Energy lost by slow electrons in collissions with molecules // Chem. Phys. Lett. - 1968. - Vol.2. - P.607.
66. Raju G.G. Gaseous electronics: theory and practice. - Boca Raton, FL: CRC Press, 2006. - 680 p.
67. Phelps A.V. in Swarm Studies and Inelastic Electron-Molecule Collisions (Eds. by Pitchford L.C., McKoy B.V., Chutjian A. and Trajmar S.). - New York: Springer, 1987. - 127p.
68. Shimura N., Makabe T. Structures of velocity distribution functions and transport parameters of the electron swarm in CH4 in a DC electric field // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1992. - Vol.25. - P.751.
69. Hunter S.R., Carter J.G., Christophorou L.G. Electron attachment and ionization coefficients and electron drift velocities in BF3 and SiF4 // J. Appl. Phys. – 1989. – Vol.65. – P.1858.
70. Kurachi M., Nakamura Y. Electron collision cross sections for the monosilane molecule // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1989. - Vol.22. - P.107.
71. Lisovskiy V., Booth J.-P., Landry K., Douai D., Cassagne V., Yegorenkov V. Electron drift velocity in silane in strong electric fields determined from RF breakdown curves // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2007. - Vol.40. - P.3408.
72. Christophorou L.G., Olthoff J.K., Rao M.V.V.S. Electron Interactions with CF4 // J. Phys. Chem. Ref. Data. - 1996. - Vol.25. - P.1341.
73. Bordage M.C., Segur P., Chouki A. Determination of a set of electron impact cross sections in tetrafluoromethane consistent with experimental determination of swarm parameters // J. Appl. Phys. – 1996. – Vol.80. – P.1325.
74. Bordage M.C., Segur P., Christophorou L.G., Olthoff J.K. Boltzmann analysis of electron swarm parameters in CF4 using independently assessed electron-collision cross sections // J. Appl. Phys. – 1999. – Vol.86. – P.3558.
75. Christophorou L.G., Olthoff J.K. Electron Interactions with C2F6 // J. Phys. Chem. Ref. Data. - 1998. - Vol.27. - P.1.
76. Christophorou L.G., Olthoff J.K. Electron Interactions With C3F8 // J. Phys. Chem. Ref. Data. - 1998. - Vol.27. - P.889.
77. Christophorou L.G., McCorkle D.L., Maxey D.V., Carter J.G. Fast gas mixtures for gas-filled particle detectors // Nuclear Instruments and Methods. - 1979. - Vol.163. - P.141.
78. Soejima H., Nakamura Y. Measurement of electron swarm parameters in GeH4–Ar mixtures // J. Vac. Sci. Technol. A. - 1993. - Vol.11. - P.1161.
79. Shishikura Y., Asano K., Nakamura Y. Low-energy electron collision cross sections of ethane by electron swarm study // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1997. - Vol.30. - P.1610.
80. Lisovskiy V.A., Yegorenkov V.D. RF breakdown of low-pressure gas and a novel method for determination of electron-drift velocities in gases // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1998. - Vol.31. - P.3349.
81. Lisovskiy V.A., Yegorenkov V.D. Electron-drift velocity determination in CF4 and SF6 in a strong electric field from breakdown curves of low-pressure RF discharge // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1999. - Vol.32. - P.2645.
82. Lisovskiy V., Booth J.-P., Landry K., Douai D., Cassagne V., Yegorenkov V. Electron drift velocity in argon, nitrogen, hydrogen, oxygen and ammonia in strong electric fields determined from RF breakdown curves // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2006. - Vol.39. - P.660.
83. Lisovskiy V., Yegorenkov V., Booth J.-P., Landry K., Douai D., Cassagne V. Electron drift velocity in SF6 in strong electric fields determined from RF breakdown curves // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2010. - Vol.43. - P.385203.
84. Loureiro J. Time-dependent electron kinetics in N2 and H2 for a wide range of the field frequency including electron-vibration superelastic collisions // Phys. Rev. E. - 1993. - Vol.47. - P.1262.
Опубліковано
2013-09-27
Цитовано
Як цитувати
Lisovskiy, V. (2013). Коефіцієнти переносу електронів в NF3. Східно-європейський фізичний журнал, (1069(4), 46-57. вилучено із https://periodicals.karazin.ua/eejp/article/view/12821